Arbre isolant La présente invention a pour objet un arbre iso lant pour la transmission d'une force mécanique entre des zones<B>à</B> potentiels électriques différents, et qui est particulièrement destiné aux machines électromagnéti ques telles que les génératrices, les moteurs et les mécanismes de commande électromagnétiques, dans lesquels l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique ou inversement. Cet arbre est notamment destiné<B>à</B> la machine électromagnétique qui est décrite dans le brevet suisse<B>NI, 385302.</B>
L'arbre isolant suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un grand nombre d'éléments qui sont alternativement des pièces conductrices en forme de cuvette et des pièces isolantes de forme cor respondante, ces éléments alternés étant embdités les uns dans les autres et les pièces conductrices étant beaucoup plus rigides que les pièces isolantes. On peut monter sur un tel arbre une série de disques espacés les uns des autres dans le sens axial et disposer un ou plusieurs circuits magnétiques de forme allongée si tués d'une façon générale parallèlement<B>à</B> l'arbre et<B>à</B> proximité de ce dernier, de sorte que les lignes de flux magnétique du circuit magnétique<B>(à</B> l'exception des pertes) soient coupées par les disques.
Ce circuit magnétique peut être formé par une matière magnéti que telle que le fer, l'acier, les ferrites, etc., agencée autour de l'arbre et entre les disques de façon que le circuit magnétique soit, de façon générale, parallèle <B>à</B> l'arbre et proche de ce dernier. Ce circuit magnéti que présente certaines solutions de continuité cons tituées par les entrefers entre pièces tournantes et piè ces fixes et par des couches de matière isolante, comme cela est décrit de façon plus détaillée dans le brevet cité.
En général, l'arbre et les disques montés sur cet arbre tournent, tandis que le reste de la machine est fixe. Toutefois, il est évident que la machine fonction- nerait également si le reste de la machine tournait dans le sens opposé au sens de la rotation de l'arbre ou si l'arbre était fixe et si la rotation était imposée au reste de la machine.
Le dessin annexé représente,<B>à</B> titre d'exemple, une forme d'exécution de l'invention.
La fig. <B>1</B> est une vue en élévation latérale, en partie en coupe axiale longitudinale, représentant un arbre isolant pour une génératrice<B>à</B> haute tension<B>à</B> disques multiples.
La fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne II-11 de la fi-.<B>1,</B> mais<B>à</B> plus petite échelle et montrant un disque de rotor monté sur l'arbre.
Dans la forme de réalisation représentée sur le dessin, des disques 2 sont montés sur un arbre<B>1.</B> Cet arbre doit être résistant non seulement au point de vue mécanique, mais également au point de vue élec trique, de façon<B>à</B> pouvoir être utilisé pour la trans mission d7une force mécanique entre des zones<B>à</B> potentiels électriques différents. Les disques 2 sont montés sur des pièces métalliques épaisses 22 qui sont en forme de cuvette, comme représenté, et qui sont séparées les unes des autres par une série d'élér ments, qui sont alternativement des pièces métalliques minces<B>23</B> et des couches isolantes 24, et qui sont collés entre eux de façon appropriée.
L'arbre<B>1</B> se termine<B>à</B> chaque extrémité par un cylindre métalli que massif<B>25</B> qui est séparé de la pièce métallique épaisse la plus proche 22 de la même façon que deux pièces métalliques épaisses 22 adjacentes sont séparées l'une de l'autre. Plus l'angle des pièces en forme de cuvette est aigu, plus la résistance mécanique de l'ar bre est forte. Les pièces métalliques 22,<B>23</B> assurent la résistance mécanique et il convient qu'elles soient en acier de haute qualité. Les couches isolantes 24 assurent l'isolation électrique et elles peuvent être, par exemple, formées d#un stratifié de fibres de verre dans lequel les couches de fibres de verre sont impré gnées d'une résine époxy.
Dans l'arbre, le champ électrique est perpendicu laire aux stratifications des couches isolantes 24, de sorte qu'on obtient le maximum d'isolation. De plus, tout moment de flexion se traduit par une force de compression perpendiculaire aux stratifications, de sorte que ce moment de flexion n'est pas limité par une tendance quelconque<B>à</B> séparer les couches les unes des autres par une traction, mais uniquement par le fluage plastique résultant de la compression de l'isolant<B>;</B> il n'y a pratiquement aucune tension sur les joints collés. De ce fait, l'arbre tend<B>à</B> avoir des propriétés mécaniques proches de celles du métal plutôt que de celles des couches isolantes 24.
Il est bien connu dans la technique que, dans le cas d'un isolant massif, le trajet de moindre résistance pour le contournement passe le long de la surface de cet isolant. C'est pour cette raison qu'il est utile que la surface des éléments isolants soit ondulée. L'arbre ne perd que très peu en réduction de la longueur de contournernent puisque la forme en cuvette donnée aux éléments n'affecte pas la distance entre plans équipotentiels<B>à</B> la périphérie de l'arbre. Du fait que la distance entre les couches successives métalliques sur la périphérie de l'arbre n'est pas affectée par la forme en cuvette donnée aux éléments, ce sont seule ment les parties internes emboîtées de ces éléments stratifiés, où il ne peut se produire aucune décharge superficielle, qui sont rapprochées les unes des autres.
Par ailleurs, les pièces métalliques minces<B>23</B> ont une épaisseur décroissante qui atteint une valeur très fai ble<B>à</B> la périphérie de l'arbre de sorte que seule l'épaisseur des pièces métalliques épaisses 22 réduit notablement la longueur axiale de contournement pour l'isolant et que la réduction résultante est d'en viron un cinquième. Larbre décrit assure également une subdivision de la tension et il est bien approprié <B>à</B> la réalisation de distances de décharge de protec tion<B>à</B> des intervalles rapprochés, pour servir de pro tection contre les chocs électriques.
De plus, l'isolant massif présent dans l'arbre a un bon coefficient élec- trique de sécurité du fait que les effets d'arête sont très réduits et que le gradient de tension est perpen diculaire aux stratifications<B>;</B> de plus, la valeur de la tension de part et d'autre d'une épaisseur donnée est faible, la rupture électrique dépend dans une large mesure du gradient de tension qui s'accroît avec la courbure.<B>Il y</B> a donc un risque maximum de rup ture électrique<B>à</B> la crête de la stratification représen tée sur la fig. <B>1.</B> Toutefois, ce risque est réduit par le fait qu'en ce point l'isolant est plus épais qu'entre les surfaces inclinées de la stratification. La forme en cuvette donnée aux éléments réduit donc les effets de la courbure.
Par exemple,<B>à</B> proximité de l'axe de l'arbre, le rayon de courbure des surfaces conductri ces est grand par comparaison avec l'épaisseur de la matière isolante.
Insulating shaft The present invention relates to an insulating shaft for the transmission of a mechanical force between zones <B> with </B> different electrical potentials, and which is particularly intended for electromagnetic machines such as generators, machines. motors and electromagnetic control mechanisms, in which mechanical energy is converted into electrical energy or vice versa. This shaft is intended in particular <B> for </B> the electromagnetic machine which is described in Swiss patent <B> NI, 385302. </B>
The insulating shaft according to the invention is characterized in that it comprises a large number of elements which are alternately conductive parts in the form of a cup and insulating parts of corresponding shape, these alternating elements being fitted into each other. others and the conductive parts being much more rigid than the insulating parts. One can mount on such a shaft a series of discs spaced apart from each other in the axial direction and have one or more magnetic circuits of elongated shape if killed generally parallel <B> to </B> the shaft and <B> in </B> proximity to the latter, so that the magnetic flux lines of the magnetic circuit <B> (except </B> losses) are cut by the disks.
This magnetic circuit can be formed by a magnetic material such as iron, steel, ferrites, etc., arranged around the shaft and between the disks so that the magnetic circuit is generally parallel < B> to </B> the tree and close to it. This magnetic circuit exhibits certain solutions of continuity constituted by the air gaps between rotating parts and fixed parts and by layers of insulating material, as is described in more detail in the cited patent.
In general, the shaft and the discs mounted on this shaft rotate, while the rest of the machine is stationary. However, it is obvious that the machine would also work if the rest of the machine turned in the opposite direction to the direction of rotation of the shaft or if the shaft was stationary and the rotation was imposed on the rest of the machine. .
The accompanying drawing represents, <B> by </B> by way of example, one embodiment of the invention.
Fig. <B> 1 </B> is a side elevational view, partly in longitudinal axial section, showing an insulating shaft for a <B> </B> high voltage <B> </B> multiple disk generator.
Fig. 2 is a sectional view taken along line II-11 of fig. <B> 1, </B> but <B> to </B> on a smaller scale and showing a rotor disc mounted on the shaft.
In the embodiment shown in the drawing, discs 2 are mounted on a shaft <B> 1. </B> This shaft must be resistant not only from the mechanical point of view, but also from the electrical point of view, of so <B> to </B> can be used for the transmission of a mechanical force between zones <B> with </B> different electrical potentials. The discs 2 are mounted on thick metal parts 22 which are cup-shaped, as shown, and which are separated from each other by a series of elements, which are alternately thin metal parts <B> 23 </ B> and insulating layers 24, and which are bonded together in an appropriate manner.
The shaft <B> 1 </B> ends <B> at </B> each end with a solid metal cylinder <B> 25 </B> which is separated from the thicker metal part closest to 22 of the same way that two adjacent thick metal pieces 22 are separated from each other. The sharper the angle of the cup-shaped parts, the stronger the mechanical resistance of the shaft. The metal parts 22, <B> 23 </B> ensure the mechanical resistance and they should be made of high quality steel. The insulating layers 24 provide electrical insulation and can be, for example, formed of a laminate of glass fibers in which the layers of glass fibers are impregnated with an epoxy resin.
In the shaft, the electric field is perpendicular to the stratifications of the insulating layers 24, so that maximum insulation is obtained. In addition, any bending moment results in a compressive force perpendicular to the laminations, so that this bending moment is not limited by any tendency to <B> </B> separate the layers from each other by tension, but only by the plastic creep resulting from the compression of the insulation <B>; </B> there is practically no tension on the glued joints. Therefore, the shaft tends to <B> to </B> have mechanical properties close to those of metal rather than those of insulating layers 24.
It is well known in the art that in the case of solid insulation, the path of least resistance for the bypass passes along the surface of that insulation. It is for this reason that it is useful for the surface of the insulating elements to be corrugated. The shaft loses very little in reduction of the length of the circumference since the bowl shape given to the elements does not affect the distance between equipotential planes <B> at </B> the periphery of the shaft. Because the distance between the successive metallic layers on the periphery of the shaft is not affected by the cup shape given to the elements, it is only the nested internal parts of these laminated elements, where it cannot occur. no superficial discharge, which are close to each other.
In addition, the thin metal parts <B> 23 </B> have a decreasing thickness which reaches a very low value <B> at </B> the periphery of the shaft so that only the thickness of the metal parts Thicknesses 22 significantly reduce the axial length of bypass for the insulation and the resulting reduction is about one-fifth. The described shaft also provides for voltage subdivision and is well suited <B> for </B> the achievement of protective discharge distances <B> at </B> close intervals, to serve as protection against electric shocks.
In addition, the solid insulation present in the shaft has a good electrical safety coefficient because the edge effects are very reduced and the voltage gradient is perpendicular to the stratifications <B>; </ B > in addition, the value of the voltage on either side of a given thickness is low, the electrical breakdown depends to a large extent on the voltage gradient which increases with the curvature. <B> There is </ B> therefore has a maximum risk of electrical failure <B> at </B> the crest of the stratification shown in fig. <B> 1. </B> However, this risk is reduced by the fact that at this point the insulation is thicker than between the inclined surfaces of the lamination. The bowl shape given to the elements therefore reduces the effects of curvature.
For example, <B> at </B> near the axis of the shaft, the radius of curvature of the conductive surfaces is large compared to the thickness of the insulating material.